تفاوت بین 5G و 4G چیست؟
داستان امروز با یک فرمول شروع می شود.
این یک فرمول ساده اما جادویی است.ساده است زیرا فقط سه حرف دارد.و شگفت انگیز است زیرا فرمولی است که رمز و راز فناوری ارتباطات را در خود دارد.
فرمول این است:
اجازه دهید فرمول را توضیح دهم که فرمول اصلی فیزیک است، سرعت نور = طول موج * فرکانس.
در مورد فرمول، می توانید بگویید: خواه 1G، 2G، 3G، یا 4G، 5G، همه به تنهایی.
سیمی؟بي سيم؟
تنها دو نوع فناوری ارتباطی وجود دارد - ارتباط سیمی و ارتباط بی سیم.
اگر با شما تماس بگیرم، داده های اطلاعاتی یا در هوا (نامرئی و نامحسوس) یا مواد فیزیکی (مرئی و محسوس) هستند.
اگر روی مواد فیزیکی منتقل شود، ارتباط سیمی است.از سیم مسی، فیبر نوری و غیره استفاده می شود که همه به عنوان رسانه سیمی شناخته می شوند.
هنگامی که داده ها از طریق رسانه سیمی منتقل می شوند، نرخ می تواند به مقادیر بسیار بالایی برسد.
به عنوان مثال، در آزمایشگاه، حداکثر سرعت یک فیبر منفرد به 26 ترابیت در ثانیه رسیده است.بیست و شش هزار بار کابل سنتی است.
فیبر نوری
ارتباطات هوابرد گلوگاه ارتباطات سیار است.
استاندارد رایج فعلی تلفن همراه 4G LTE است که سرعت تئوری آن تنها 150 مگابیت در ثانیه است (بدون احتساب تجمع حامل).این در مقایسه با کابل کاملاً چیزی نیست.
از این رو،اگر قرار است 5G به سرعت بالا سرتاسری دست یابد، نقطه بحرانی شکستن گلوگاه بی سیم است.
همانطور که همه می دانیم ارتباطات بی سیم استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای برقراری ارتباط است.امواج الکترونیکی و امواج نور هر دو امواج الکترومغناطیسی هستند.
فرکانس آن عملکرد یک موج الکترومغناطیسی را تعیین می کند.امواج الکترومغناطیسی با فرکانس های مختلف ویژگی های متفاوتی دارند و در نتیجه کاربردهای دیگری نیز دارند.
به عنوان مثال، پرتوهای گاما با فرکانس بالا کشندگی قابل توجهی دارند و می توان از آنها برای درمان تومورها استفاده کرد.
ما در حال حاضر عمدتا از امواج الکتریکی برای ارتباط استفاده می کنیم.البته، ظهور ارتباطات نوری، مانند LIFI وجود دارد.
LiFi (وفاداری نور)، ارتباط نور مرئی.
بیایید ابتدا به امواج رادیویی برگردیم.
الکترونیک متعلق به نوعی موج الکترومغناطیسی است.منابع فرکانس آن محدود است.
فرکانس را به قسمت‌های مختلف تقسیم کردیم و برای جلوگیری از تداخل و درگیری، آنها را به اشیا و کاربردهای مختلف اختصاص دادیم.
| نام گروه | مخفف | شماره باند ITU | فرکانس و طول موج | مثال استفاده |
| فرکانس بسیار پایین | ELF | 1 | 3-30 هرتز100000-10000 کیلومتر | ارتباط با زیردریایی ها |
| فرکانس فوق العاده پایین | SLF | 2 | 30-300 هرتز10000-1000 کیلومتر | ارتباط با زیردریایی ها |
| فرکانس فوق العاده پایین | ULF | 3 | 300-3000 هرتز1000-100 کیلومتر | ارتباطات زیردریایی، ارتباط درون مین |
| فرکانس بسیار پایین | VLF | 4 | 3-30 کیلوهرتز100-10 کیلومتر | ناوبری، سیگنال های زمانی، ارتباطات زیردریایی، مانیتورهای ضربان قلب بی سیم، ژئوفیزیک |
| فرکانس پایین | LF | 5 | 30-300 کیلوهرتز10-1 کیلومتر | ناوبری، سیگنال های زمانی، پخش امواج بلند AM (اروپا و بخش هایی از آسیا)، RFID، رادیو آماتور |
| فرکانس متوسط | MF | 6 | 300-3000 کیلوهرتز1000-100 متر | پخش های AM (موج متوسط)، رادیو آماتور، فانوس های بهمن |
| فرکانس بالا | HF | 7 | 3-30 مگاهرتز100-10M | پخش های موج کوتاه، رادیو باند شهروندان، رادیو آماتور و ارتباطات هوانوردی بر فراز افق، RFID، رادار بر فراز افق، برقراری لینک خودکار (ALE) / امواج آسمانی نزدیک به عمودی (NVIS)، ارتباطات رادیویی دریایی و تلفن همراه |
| فرکانس بسیار بالا | VHF | 8 | 30-300 مگاهرتز10-1 متر | FM، پخش تلویزیونی، خطوط دید زمین به هواپیما و ارتباطات هواپیما به هواپیما، ارتباطات سیار زمینی و دریایی، رادیو آماتور، رادیو هواشناسی |
| فرکانس فوق العاده بالا | UHF | 9 | 300-3000 مگاهرتز1-0.1 متر | پخش تلویزیونی، اجاق مایکروویو، دستگاه‌های مایکروویو/ارتباطات، نجوم رادیویی، تلفن‌های همراه، LAN بی‌سیم، بلوتوث، ZigBee، GPS و رادیوهای دو طرفه مانند موبایل زمینی، رادیوهای FRS و GMRS، رادیو آماتور، رادیو ماهواره‌ای، سیستم‌های کنترل از راه دور، ADSB |
| فرکانس فوق العاده بالا | SHF | 10 | 3-30 گیگاهرتز100-10 میلی متر | نجوم رادیویی، دستگاه ها/ارتباطات مایکروویو، LAN بی سیم، DSRC، مدرن ترین رادارها، ماهواره های ارتباطی، پخش تلویزیون کابلی و ماهواره ای، DBS، رادیو آماتور، رادیو ماهواره ای |
| فرکانس بسیار بالا | EHF | 11 | 30-300 گیگاهرتز10-1 میلی متر | نجوم رادیویی، رله رادیویی مایکروویو با فرکانس بالا، سنجش از راه دور مایکروویو، رادیو آماتور، سلاح با انرژی هدایت‌شده، اسکنر امواج میلیمتری، شبکه بی‌سیم 802.11ad |
| تراهرتز یا فرکانس فوق العاده بالا | هرتز از THF | 12 | 300-3000 گیگاهرتز1-0.1 میلی متر | تصویربرداری پزشکی تجربی برای جایگزینی اشعه ایکس، دینامیک مولکولی فوق سریع، فیزیک ماده متراکم، طیف‌سنجی دامنه زمانی تراهرتز، محاسبات/ارتباطات تراهرتز، سنجش از دور |
استفاده از امواج رادیویی با فرکانس های مختلف
ما عمدتا استفاده می کنیمMF-SHFبرای ارتباط تلفن همراه
به عنوان مثال، "GSM900" و "CDMA800" اغلب به GSM که با فرکانس 900 مگاهرتز کار می کند و CDMA با فرکانس 800 مگاهرتز کار می کند.
در حال حاضر، استاندارد اصلی فناوری 4G LTE در جهان متعلق به UHF و SHF است.
چین عمدتا از SHF استفاده می کند
همانطور که می بینید، با توسعه 1G، 2G، 3G، 4G، فرکانس رادیویی مورد استفاده بیشتر و بالاتر می شود.
چرا؟
این عمدتا به این دلیل است که هرچه فرکانس بالاتر باشد، منابع فرکانس بیشتری در دسترس است.هرچه منابع فرکانس بیشتری در دسترس باشد، نرخ انتقال بالاتری را می توان به دست آورد.
فرکانس بالاتر به معنای منابع بیشتر است که به معنای سرعت بیشتر است.
بنابراین، 5 G از فرکانس های خاص چه استفاده می کند؟
همانطور که در زیر نشان داده شده است:
محدوده فرکانس 5G به دو نوع تقسیم می شود: یکی زیر 6 گیگاهرتز است که تفاوت زیادی با 2G، 3G، 4G فعلی ما ندارد و دیگری که بالا است، بالای 24 گیگاهرتز.
در حال حاضر، 28 گیگاهرتز باند آزمایشی بین المللی پیشرو است (باند فرکانس ممکن است اولین باند فرکانسی تجاری برای 5G نیز باشد)
اگر با 28 گیگاهرتز محاسبه شود، طبق فرمولی که در بالا ذکر کردیم:
خب، این اولین ویژگی فنی 5G است
موج میلیمتری
به من اجازه دهید جدول فرکانس را دوباره نشان دهم:
| نام گروه | مخفف | شماره باند ITU | فرکانس و طول موج | مثال استفاده |
| فرکانس بسیار پایین | ELF | 1 | 3-30 هرتز100000-10000 کیلومتر | ارتباط با زیردریایی ها |
| فرکانس فوق العاده پایین | SLF | 2 | 30-300 هرتز10000-1000 کیلومتر | ارتباط با زیردریایی ها |
| فرکانس فوق العاده پایین | ULF | 3 | 300-3000 هرتز1000-100 کیلومتر | ارتباطات زیردریایی، ارتباط درون مین |
| فرکانس بسیار پایین | VLF | 4 | 3-30 کیلوهرتز100-10 کیلومتر | ناوبری، سیگنال های زمانی، ارتباطات زیردریایی، مانیتورهای ضربان قلب بی سیم، ژئوفیزیک |
| فرکانس پایین | LF | 5 | 30-300 کیلوهرتز10-1 کیلومتر | ناوبری، سیگنال های زمانی، پخش امواج بلند AM (اروپا و بخش هایی از آسیا)، RFID، رادیو آماتور |
| فرکانس متوسط | MF | 6 | 300-3000 کیلوهرتز1000-100 متر | پخش های AM (موج متوسط)، رادیو آماتور، فانوس های بهمن |
| فرکانس بالا | HF | 7 | 3-30 مگاهرتز100-10M | پخش های موج کوتاه، رادیو باند شهروندان، رادیو آماتور و ارتباطات هوانوردی بر فراز افق، RFID، رادار بر فراز افق، برقراری لینک خودکار (ALE) / امواج آسمانی نزدیک به عمودی (NVIS)، ارتباطات رادیویی دریایی و تلفن همراه |
| فرکانس بسیار بالا | VHF | 8 | 30-300 مگاهرتز10-1 متر | FM، پخش تلویزیونی، خطوط دید زمین به هواپیما و ارتباطات هواپیما به هواپیما، ارتباطات سیار زمینی و دریایی، رادیو آماتور، رادیو هواشناسی |
| فرکانس فوق العاده بالا | UHF | 9 | 300-3000 مگاهرتز1-0.1 متر | پخش تلویزیونی، اجاق مایکروویو، دستگاه‌های مایکروویو/ارتباطات، نجوم رادیویی، تلفن‌های همراه، LAN بی‌سیم، بلوتوث، ZigBee، GPS و رادیوهای دو طرفه مانند موبایل زمینی، رادیوهای FRS و GMRS، رادیو آماتور، رادیو ماهواره‌ای، سیستم‌های کنترل از راه دور، ADSB |
| فرکانس فوق العاده بالا | SHF | 10 | 3-30 گیگاهرتز100-10 میلی متر | نجوم رادیویی، دستگاه ها/ارتباطات مایکروویو، LAN بی سیم، DSRC، مدرن ترین رادارها، ماهواره های ارتباطی، پخش تلویزیون کابلی و ماهواره ای، DBS، رادیو آماتور، رادیو ماهواره ای |
| فرکانس بسیار بالا | EHF | 11 | 30-300 گیگاهرتز10-1 میلی متر | نجوم رادیویی، رله رادیویی مایکروویو با فرکانس بالا، سنجش از راه دور مایکروویو، رادیو آماتور، سلاح با انرژی هدایت‌شده، اسکنر امواج میلیمتری، شبکه بی‌سیم 802.11ad |
| تراهرتز یا فرکانس فوق العاده بالا | هرتز از THF | 12 | 300-3000 گیگاهرتز1-0.1 میلی متر | تصویربرداری پزشکی تجربی برای جایگزینی اشعه ایکس، دینامیک مولکولی فوق سریع، فیزیک ماده متراکم، طیف‌سنجی دامنه زمانی تراهرتز، محاسبات/ارتباطات تراهرتز، سنجش از دور |
لطفا به اصل مطلب توجه کنید.آیا آن الفموج میلی متری!
خوب، چون فرکانس های بالا خیلی خوب هستند، چرا قبلا از فرکانس بالا استفاده نمی کردیم؟
دلیلش ساده است:
-اینطور نیست که شما نمی خواهید از آن استفاده کنید.این است که شما نمی توانید آن را بپردازید.
ویژگی های قابل توجه امواج الکترومغناطیسی: هر چه فرکانس بیشتر باشد، طول موج کوتاهتر باشد، به انتشار خطی نزدیکتر است (توانایی پراش بدتر).هرچه فرکانس بالاتر باشد، میرایی در محیط بیشتر است.
به قلم لیزری خود نگاه کنید (طول موج حدود 635 نانومتر).نور ساطع شده مستقیم است.اگر آن را مسدود کنید، نمی توانید از آن عبور کنید.
سپس به ارتباطات ماهواره ای و ناوبری GPS (طول موج حدود 1 سانتی متر) نگاه کنید.اگر مانعی وجود داشته باشد، سیگنالی وجود نخواهد داشت.
دیگ بزرگ ماهواره باید کالیبره شود تا ماهواره را در جهت درست قرار دهد، در غیر این صورت حتی یک ناهماهنگی جزئی بر کیفیت سیگنال تأثیر می گذارد.
اگر ارتباطات سیار از باند فرکانس بالا استفاده می کند، مهم ترین مشکل آن کاهش قابل توجه فاصله انتقال است و قابلیت پوشش تا حد زیادی کاهش می یابد.
برای پوشش همان منطقه، تعداد ایستگاه های پایه 5G مورد نیاز به طور قابل توجهی از 4G بیشتر خواهد شد.
تعداد ایستگاه های پایه به چه معناست؟پول، سرمایه گذاری و هزینه.
هرچه فرکانس کمتر باشد، شبکه ارزان‌تر و رقابتی‌تر خواهد بود.به همین دلیل است که همه اپراتورها برای باندهای فرکانس پایین تلاش کرده اند.
برخی از باندها حتی باندهای فرکانس طلایی نامیده می شوند.
بنابراین، بر اساس دلایل فوق، با فرض فرکانس بالا، برای کاهش فشار هزینه ساخت شبکه، 5G باید راه جدیدی برای خروج پیدا کند.
و راه خروج چیست؟
اول، ایستگاه پایه میکرو وجود دارد.
ایستگاه پایه میکرو
دو نوع ایستگاه پایه وجود دارد، ایستگاه های پایه میکرو و ایستگاه های پایه ماکرو.به نام نگاه کنید، و ایستگاه پایه میکرو کوچک است.ایستگاه پایه ماکرو بسیار زیاد است.
ایستگاه پایه ماکرو:
برای پوشش یک منطقه بزرگ.
ایستگاه پایه میکرو:
خیلی کوچک.
بسیاری از ایستگاه های پایه میکرو در حال حاضر، به ویژه در مناطق شهری و سرپوشیده، اغلب قابل مشاهده هستند.
در آینده، وقتی صحبت از 5G به میان می‌آید، تعداد بسیار بیشتری وجود خواهد داشت و آنها در همه جا نصب خواهند شد، تقریباً همه جا.
ممکن است بپرسید اگر این همه ایستگاه پایه در اطراف وجود داشته باشد، آیا تأثیری بر بدن انسان خواهد داشت؟
پاسخ من این است - نه.
هر چه تعداد ایستگاه های پایه بیشتر باشد، تشعشعات کمتری وجود دارد.
فکرش را بکنید، در زمستان، در خانه ای که جمعی است، بهتر است یک بخاری پرقدرت داشته باشید یا چند بخاری کم مصرف؟
ایستگاه پایه کوچک، کم قدرت و مناسب برای همه.
اگر فقط یک ایستگاه پایه بزرگ باشد، تابش قابل توجه است و خیلی دور است، هیچ سیگنالی وجود ندارد.
آنتن کجاست؟
آیا توجه کرده اید که تلفن های همراه در گذشته آنتن بلند داشتند و تلفن های همراه اولیه آنتن های کوچک داشتند؟چرا الان آنتن نداریم؟
خب، اینطور نیست که ما به آنتن نیاز نداشته باشیم.این است که آنتن های ما کوچکتر می شوند.
با توجه به ویژگی های آنتن، طول آنتن باید متناسب با طول موج باشد، تقریباً بین 1/10 ~ 1/4.
با تغییر زمان، فرکانس ارتباط تلفن های همراه ما بیشتر می شود و طول موج کوتاه تر و کوتاه تر می شود و آنتن دهی نیز سریع تر می شود.
ارتباطات موج میلی متری، آنتن نیز در سطح میلی متری می شود
این بدان معناست که آنتن را می توان به طور کامل در تلفن همراه و حتی چندین آنتن قرار داد.
این سومین کلید 5G است
MIMO عظیم (فناوری چند آنتن)
MIMO که به معنای چند ورودی، چند خروجی است.
در دوره LTE ما قبلا MIMO داریم اما تعداد آنتن ها زیاد نیست و فقط می توان گفت که نسخه قبلی MIMO است.
در عصر 5G، فناوری MIMO به نسخه پیشرفته Massive MIMO تبدیل می شود.
یک تلفن همراه را می توان با چندین آنتن پر کرد، به غیر از دکل های تلفن همراه.
در ایستگاه پایه قبلی، فقط چند آنتن وجود داشت.
در عصر 5G، تعداد آنتن ها با قطعات اندازه گیری نمی شود، بلکه با آرایه آنتن "Array" اندازه گیری می شود.
با این حال، آنتن ها نباید خیلی نزدیک به هم باشند.
به دلیل ویژگی های آنتن ها، یک آرایه چند آنتنی ایجاب می کند که فاصله بین آنتن ها بالاتر از نصف طول موج باشد.اگر بیش از حد نزدیک شوند، با یکدیگر تداخل خواهند داشت و بر انتقال و دریافت سیگنال ها تأثیر می گذارند.
هنگامی که ایستگاه پایه سیگنالی را ارسال می کند، مانند یک لامپ است.
سیگنال به محیط اطراف ساطع می شود.برای نور، البته، برای روشن کردن کل اتاق است.اگر فقط برای نشان دادن یک منطقه یا جسم خاص باشد، بیشتر نور هدر می رود.
ایستگاه پایه همان است.انرژی و منابع زیادی هدر می رود.
بنابراین، آیا می‌توانیم یک دست نامرئی برای گره زدن نور پراکنده پیدا کنیم؟
این نه تنها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود، بلکه اطمینان حاصل می کند که منطقه ای که باید روشن شود، نور کافی دارد.
پاسخ بله است.
این هستشکل دهی پرتو
شکل دهی پرتو یا فیلتر فضایی یک تکنیک پردازش سیگنال است که در آرایه های حسگر برای انتقال یا دریافت سیگنال جهت دار استفاده می شود.این امر با ترکیب عناصر در یک آرایه آنتن به دست می آید به طوری که سیگنال ها در زوایای خاص تداخل سازنده را تجربه می کنند در حالی که دیگران تداخل مخرب را تجربه می کنند.شکل دهی پرتو را می توان در هر دو انتهای فرستنده و گیرنده برای دستیابی به انتخاب فضایی استفاده کرد.
این فناوری مالتی پلکس فضایی از پوشش سیگنال همه جهته به خدمات جهتی دقیق تغییر کرده است، بین پرتوها در همان فضا تداخلی ایجاد نمی کند تا پیوندهای ارتباطی بیشتری را فراهم کند و ظرفیت سرویس ایستگاه پایه را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.
در شبکه تلفن همراه کنونی، حتی اگر دو نفر رو در رو با یکدیگر تماس بگیرند، سیگنال ها از طریق ایستگاه های پایه، از جمله سیگنال های کنترلی و بسته های داده، رله می شوند.
اما در عصر 5G، این وضعیت لزوما وجود ندارد.
پنجمین ویژگی مهم 5G -D2Dدستگاه به دستگاه است.
در عصر 5G، اگر دو کاربر تحت یک ایستگاه پایه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، اطلاعات آنها دیگر از طریق ایستگاه پایه ارسال نمی شود، بلکه مستقیماً به تلفن همراه ارسال می شود.
به این ترتیب باعث صرفه جویی زیادی در منابع هوایی و کاهش فشار روی ایستگاه پایه می شود.
اما، اگر فکر می کنید مجبور نیستید از این طریق هزینه کنید، در اشتباه هستید.
پیام کنترل نیز باید از ایستگاه پایه ارسال شود.شما از منابع طیف استفاده می کنید.چگونه اپراتورها توانستند شما را رها کنند؟
فناوری ارتباطات مرموز نیست.به عنوان تاج جواهر فناوری ارتباطات، 5 G یک فناوری انقلاب نوآوری دست نیافتنی نیست.این بیشتر تکامل فن آوری ارتباطی موجود است.
همانطور که یکی از کارشناسان گفت -
محدودیت‌های فناوری ارتباطات به محدودیت‌های فنی محدود نمی‌شود، بلکه استنباط‌هایی مبتنی بر ریاضیات دقیق است که شکستن آن در مدت کوتاهی غیرممکن است.
و چگونگی کشف بیشتر پتانسیل ارتباطات در محدوده اصول علمی، پیگیری خستگی ناپذیر بسیاری از افراد در صنعت ارتباطات است.
زمان ارسال: ژوئن-02-2021